基于RS的鄂尔多斯北部盆地地表蒸发量的计算.pdf

第 2 7卷第 8期 2 0 0 8年 8月 地质通报 GEo Lo GI CAL BULLETI N O F CH I NA Vo 1 2 7 NO 8 Aug ， 20 0 8 基于R S 的鄂尔多斯北部盆地地表蒸发量的计算 卢 。 力 L U N a 。W AN Li 1 中国地质调 查局西安地质调查 中心 ， 陕西 西安 7 1 0 0 5 4 ；2 中国地质 大学( 北京) ， 北京 1 0 0 0 8 3 1 X i 0 1 1 C e n t e r o fC h i n a G e o l o g i c a l S u r v e y , X i n n 7 1 0 0 5 4 , S h a n n x i ， C h i na 2 C h i n a U n we r s i t y of G e o s c i e a c e s ( B e o i n g ) B e n g 1 0 0 0 8 3 ， C h ina 摘要 ： 蒸发是鄂尔多斯北部盆地地下水排泄的重要途径， 是水资源评价 中的一项重要 内容。为了计算鄂 尔多斯北部盆地的蒸发 量 为地 下水数值模型的建立提供参数 采用了遥感方法计算蒸发量。应用美国国家海洋与大气管理局的NoA A A V H RR卫星 图像数据 根据S E B S 模型计算 了研 究区的 日蒸发量 ， 并 用气象站的蒸发观测数据对遥感计算结果进行标定， 得到全年 的蒸发总 量 这种方法使遥感计算蒸发量由科学研 究向应用前进 了一步。 关键 词 ： 蒸 发 ； 遥 感 ； 气 象 站 ； 鄂 尔 多斯 北部 中图分类号： P 5 1 2 3 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 6 7 1 2 5 5 2 ( 2 0 0 8 ) 0 8 1 1 6 5 0 3 L u N， W a n L Ca lc u la t io n o f t h e a mo u n t o f s u r f a c e e v a p o t r a n s p ir a t io n in t h e n o r t h e r n Or d o s b a s in ， Ch in a ， b a s e d o n r e mo t e s e n s i n g G e o l o g i c a l B u ll e t in o f C h i n a ， 2 0 0 8 ， 2 7 ( 8 ) ： 1 1 6 5 1 1 6 7 Abs t r a c t ：Ev a p ot r a ns pir a t ion is t he p r ima r y wa y o fo cnd wa t e r d is c ha r g e in t h e no ah o f the Or d o s ba s in a nd a n impo r t a nt c on t e nt o f wa t e r r e s o ur c e a s s e s s me n t s I n or de r t O c a lc ula t e t he e v a p ot r a ns pir a t io n a mo unt a nd p r ov ide p a r a me t e r s f o r t he g r o u nd wa t e r nu me r i c al mo d e l ，t h e r e mo t e s e n s in g ( KS )a p p r o a c h wa s u s e d for c a l c u l a t i o n B y a d o p tin g t h e NOAA AVHRR d a t a f r o m NAS A， Un it e d S t a t e s ，a nd a c c o r d in g t O t he mo de l of S EBS ，t h e a u t h or c al c u la t e d t h e d a i ly e V a p ot mns pimt io n in t he s t ud y a r e a ，a nd us e d t he o bs e r v a t io n d a t a fro m we a t he r s tat ion s t O c al ibr a t e t h e r e s u lts o f K S c al c u la t io n a n d fi na l ly go t t h e t ot a l y e a r ly e v a p o七 r a ns pimt io n a mo un t Th is me t h o d p r o mot e s e V a p ot r a ns pir a 七 ion c al c u la t io n b y KS from r e s e a r c h t O a p plic a t io n Ke y wo r d s ：e v a p o t r a n s p ir a t io n ； r e mo t e s e n s in g ； we a t h e r s t a tio n ； n o rth e r n Or d o s 陆 面蒸发是地 表热量平 衡 的组 成部分 ，又是 水 量平衡的组成部分。 鄂尔多斯北部盆地为沙漠高原 ， 地势舒缓 ， 湖泊众多， 植物蒸腾和地面蒸发是地下水 的主要排 泄方式 。长期 以来 。 一直 缺乏理论 上合理 、 实践 上 可操 作 性 强 的 关 于西 北 干 旱一 半 干 旱 地 区 土 、 水 、 植物蒸发量 分析 的行之有效 的方 法。 目前 计算 陆 面蒸 发 的方法 主要 有 水量 平 衡法 、 水热 平 衡法 、 折 算 系数 法 、 互 补 相关 模 型 、 彭曼 一蒙 蒂斯( P e n ma n - Mo n t e i t h ) 模型等 。传统的蒸发量计 算 方法 。 如阿维 扬诺 夫公 式 、 水量 均衡 法 、 折算 系数 法 等或 以点代 面 。或 依靠经 验 ，在 应用 上存 在局 限 性 。 随着遥感技术的发展 ， 特别是多时相 、 高分辨率、 多频谱 和倾斜角 度的卫 星所获得 的遥感 资料 ，能够 较 客观地 反映下垫 面的几何 结构 和热湿状况 ，尤其 是可 以表现 出陆 面和下垫 面的干湿 差异 使 遥感方 法 在 区域 蒸发计算方 面更 具有 明显的优越性 。2 0 世 纪后期 ，随着遥 感技术 的发展和 地表能量 交换与物 质迁移过 程研究 的深入 。国 内外广 泛开展 了基于遥 感 技术 的蒸 发量 研究 取得 了一系列 成果 【2 _ 。 目前 提出的模型主要有 ： S V A T( s o i l- v e g e t a t io n - a t mo s p h e r e t r a n s f e r ) 模型 是基于能量平衡和不同过程的 参数 化来 模 拟土壤 一 植 被 一 大气 间 的物 质 和能 量传 输的模型。( S - S E B I ( s i m p h fie d s u r fa c e e n e r g y b a l a n c e in d e x ) 模 型 。 由Ro e r in k 等【 I 于1 9 9 9 年提 出。它不需要 收稿 日期 ： 2 0 0 8 0 6 0 2 ： 修订 日期 ： 2 0 0 8 0 6 2 0 地调项目： 中国地质调查局项 目 鄂尔多斯盆地地下水勘查 ( 编号 ： 1 2 1 2 0 1 0 3 3 1 3 0 2 ) 资助。 作者简介： 卢娜( 1 9 8 1 -) ， 女 ， 硕士 ， 水文学及水资源专业 ， 从事水 资源与生态方面的研究工作。E - ma fl： l u n a 8 2 3 2 g ma i l C O 1T I 维普资讯 1 1 6 6 地质通报 G EO LOG I C AL BU L L ET I N OF C HI NA 2 0 0 8年 更多的地面气象数据 ，只要遥感数据就可以计算能 量的各分量。 首先通过遥感数据计算净辐射 ， 随后通 过植被和表面特征的经验关系计算土壤的热通量 感热和潜热不能独立得到，但可通过在一幅遥感 图 像中找到极干和极湿的像元得到蒸发比。S E B S ( s u r f a c e e n e r g y b a l a n c e s y s t e m) 模 型 ， 是 荷 兰 学 者 S u 在2 0 0 1 年提出的。Ro e r in k 等I引 利用L a n d T M图像根 据s S E B I 模 型计算 了意大 利托斯 卡纳 区P ia n o d i Ro s i a 区的蒸发量。 詹志明等H 乖 0 用NOA A A V HR _P 图 像， 根据S E B S 型计算了陇东黄土高原地区的蒸发量。 前人利用遥感影像计算的蒸发比或 日蒸发量在 实际应用中价值不高。因此本文根据S E B S 模型利用 NOA A A VHR 卫星 图像 ， 计算 研 究 区 的 日蒸 发 量 后 ，根据气象站的观测数据进行标定 ，得到年蒸发 量 。文中所用的蒸发量为蒸发蒸腾总量。 1 研究区概况 鄂尔 多斯盆 地位 于中 国西北地 区东部 北部 盆 地是指大致沿长城一线以北的沙漠高原 地理坐标 为东经1 0 5 o 3 0 1 1 2 o 1 0 、 北纬3 7 o 3 0 4 0 o 面积8 1 1 0 4 k m2 。区内由沙漠和波状高原地貌单元构成 ， 地势 总体较平缓 ：多年平均降水量在1 5 0 6 0 0 mm之间， 蒸发度总体较大 。 多年平均蒸发度 ( 以口径2 0 mm蒸 发 皿计 ) 一般 在 1 0 0 0 2 0 0 0 mm之 间 。研究 区 中部 为 闭 流 区 。 总面 积约 4 1 x 1 0 4 k r r l 2 ， 闭 流 区 内湖泊 星罗棋 布 。 地下水埋藏较浅。 蒸发是地下水排泄的主要方式。 2 计算方法 计算中采用了s E B 虞型。该模型理论体系严密， 考虑因素全面合理， 有较佳的使用效果。 计算过程包 括4 方面： 确定一系列地表物理参数如反照率、 比 辐射率 、 温度 、 植被覆盖度等( S u e t a 1 ， 1 9 9 9 ) ； 建立 热传导粗糙度模 型( S e t a l ， 2 0 0 1 ) ； 利用总体相似 理论( B A S ) ( B r u t s a e r t 。 1 9 9 9 ) 确定摩擦速度 、 显热通量 和奥布霍夫稳定度； 利用地表能量平衡指数(s E B I ) ( Me n e n t i等 ， 1 9 9 3 ) 计算蒸发比。 地球表面任意点处的能量平衡通常可以表示为： Rn =G0 +H+AE 式中 为净辐射通量 ， G 。 为土壤热通量 ， 为湍流显 热通量 。 A E 为湍流潜热通量( 地表蒸发所用的能量) 。 因此 得到净辐射通量 、 土壤热通量 、 湍流显热通量 后即可得到湍流潜热通量 。 进而得到蒸发量。 净辐射 通量 、 土壤热通量 、 湍流显热通量均可借助其他参数 通过 遥感 影像计 算得 出 。 3 蒸发量计算 本 文 计 算 采 用 的遥 感 数 据 是 NOAA A V HR _ K 数据 。 NOA A A V HR _R 是地 球资 源遥感 资料 的主要 来 源之 一 ， NoAA系列 气象 卫 星是 美 国 国家海 洋 与 大 气 管 理 局 的 第 三 代 气 象 观 测 卫 星 ， 它携 带 A VHR R( 高级甚高级分辨率辐射计 ) 传感器 ， 空间 分辨率为1 1 k m， 满足计算精度要求 数据还可以从 网络上 免 费下载 。 由于研究 区 内9 月份天空 云量 少 ， 9 月的蒸发量可代表全年的平均水平 ，因此本文主要 采用 了2 0 0 2 年9 月的数 据 。 计算 过程 中首先 计算 日蒸 发量 ， 然后利用 日蒸发量， 结合气象站的蒸发量观测 数据 ， 得 到年蒸 发总量 。 3 1 日蒸 发量计 算 日蒸发量计算采用中国地质大学( 北京 ) 万力教 授编写 的S E B S 程序 。 该程序采用I DL 语言编写 ， 外挂 于E N V I 软件平台下。 计算过程分为4 步。 提取研究 区范围内的高程 、 坡度和坡向。 该高程数据从美国地 质 调 查 局 网站 下 载 ，空 间 分 辨 率 为 1 1 k m， 与 A V H R R图像的空间分辨率一致。利用原始数据 与高 程数据 计算 基础数 据 ，包 括第 一波段 和第二 波 段 的反 射率 ， 第 四波段 和第五 波段 的地表 温度 ( 绝 对 温度) ， 传感器的天顶角和方位角。 根据卫星过境时 间、 气象能见度 、 实际水蒸气含量 、 高程数据和基础数 据计算地表物理数据 ， 包括总辐射 、 反照率 、 植被指 数、 比辐射率和地表温度( 摄氏度) 。这些参数均可通 过遥感图像获取。 利用气象站的参数 ： 气象站高程、 气温 、 风速 、 相对湿度 、 压强 、 边界层厚度和地表物理 数据 、 高程数据 、 基